JPH0885005A - Variable air bearing device - Google Patents

Variable air bearing device

Info

Publication number
JPH0885005A
JPH0885005A JP24694794A JP24694794A JPH0885005A JP H0885005 A JPH0885005 A JP H0885005A JP 24694794 A JP24694794 A JP 24694794A JP 24694794 A JP24694794 A JP 24694794A JP H0885005 A JPH0885005 A JP H0885005A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
air bearing
bearing
bearing device
radial
shaft
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP24694794A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Motohisa Yamamura
基久 山村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nabtesco Corp
Original Assignee
Teijin Seiki Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Teijin Seiki Co Ltd filed Critical Teijin Seiki Co Ltd
Priority to JP24694794A priority Critical patent/JPH0885005A/en
Publication of JPH0885005A publication Critical patent/JPH0885005A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Turning (AREA)
  • Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)

Abstract

PURPOSE: To provide a bearing device in which a radial gap at every part of a revolving shaft can be made almost uniform ranging over a wide range from a low speed area to a high speed area, the bearing performance is stable, no unstable vibration occurs, and the reliability against the distrubance is not lowered. CONSTITUTION: In a high speed air bearing device consisting of a stationary member 1, a rotary member 2, which is able to rotate with respect to the stationary member 1, and a radial air bearing body 4, which is placed between the stationary member 1 and the rotary member 2, this variable air bearing device contains a controlling means with which the radial air bearing body 4 can be moved in the radial direction via a driving means 8, 11 while the gap between the stationary member 1 and the rotary member 2 can be changed in accordance with the number of revolutions of the rotary member 2.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、静止部材、静止部材に
対して回転可能な回転部材、静止部材と回転部材との間
に設けられたラジアル空気軸受体からなる高速回転空気
軸受装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a high-speed rotary air bearing device comprising a stationary member, a rotating member rotatable with respect to the stationary member, and a radial air bearing body provided between the stationary member and the rotating member.

【0002】[0002]

【従来の技術】コロガリ軸受を採用したスピンドルにお
いては、高速回転時の軸受発熱を抑えるため、オイル&
エア潤滑やアンダーレース潤滑など様々な潤滑法が開発
されているが、DN値300万程度が限界だと言われて
おり、それ以上の高速化を困難にしている。
2. Description of the Related Art Spindles that employ roller bearings are equipped with oil and
Various lubrication methods such as air lubrication and under-race lubrication have been developed, but it is said that a DN value of about 3 million is the limit, and it is difficult to achieve higher speeds.

【0003】一方、空気軸受を用いた高速回転軸は、非
接触軸受で支持しており、回転に対する動力損失や発熱
が小さく、僅かな軸受動力(摩擦)損失で、高速回転す
ることに適している。
On the other hand, a high-speed rotating shaft using an air bearing is supported by a non-contact bearing, has little power loss and heat generation due to rotation, and is suitable for high-speed rotation with a slight bearing power (friction) loss. There is.

【0004】空気軸受を高速回転に適用する場合には、
軸の遠心力膨張や摩擦による熱膨張によって隙間が減少
し、接触や焼き付きの事故を起こすことが知られてお
り、この危険を避けるため、予め隙間を広くとって設計
するのが一般的である。
When the air bearing is applied to high speed rotation,
It is known that the clearance decreases due to centrifugal force expansion of the shaft and thermal expansion due to friction, which causes contact and seizure accidents.To avoid this danger, it is common to design with a wide clearance in advance. .

【0005】そのため、負荷容量や低速域での剛性不足
が否めないため、一般的に切削用のスピンドルに空気軸
受が採用されることは少なかった。
Therefore, inadequate load capacity and insufficient rigidity in the low-speed range cannot be denied, and air bearings have generally been rarely used for cutting spindles.

【0006】従って、低速での剛性をある程度確保し、
かつ高速回転が可能な空気軸受が実現できれば、切削用
スピンドルとして、低速から高速までの使用に適したス
ピンドルを提供できることになる。
Accordingly, the rigidity at low speed is secured to some extent,
If an air bearing capable of high-speed rotation can be realized, a spindle suitable for use from low speed to high speed can be provided as a cutting spindle.

【0007】特開平1−135919号公報には、回転
軸と流体軸受との間の隙間が軸受部に発生した熱によっ
て変動することを前記隙間に送り込まれる加圧流体の流
量変動として検出し、該流量変動に基づいて前記流体軸
受に設けた冷却装置のペルチェ素子に投入する電力を制
御することことを特徴とする流体軸受の隙間制御方法お
よび装置が開示されている。
In Japanese Patent Laid-Open No. 1-135919, it is detected that the gap between the rotary shaft and the fluid bearing fluctuates due to the heat generated in the bearing, as fluctuation in the flow rate of the pressurized fluid fed into the gap. Disclosed is a method and a device for controlling a clearance of a fluid bearing, which controls an electric power supplied to a Peltier element of a cooling device provided in the fluid bearing based on the flow rate fluctuation.

【0008】また、特開平1−210617号公報に
は、中空回転軸を回転自在に支持する静圧気体軸受の軸
受隙間を検出し、検出された軸受隙間の大きさに比例し
て上記軸受に供給する気体の圧力を制御し、軸受の剛性
を維持するようにしたことを特徴とする静圧気体軸受の
剛性制御方法および装置が開示されている。
Further, in Japanese Patent Laid-Open No. 1-210617, a bearing gap of a hydrostatic gas bearing that rotatably supports a hollow rotary shaft is detected, and the above bearing is proportional to the size of the detected bearing gap. Disclosed is a method and apparatus for controlling the rigidity of a static pressure gas bearing, which is characterized in that the pressure of the supplied gas is controlled to maintain the rigidity of the bearing.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】上述した特開平1−1
35919号公報に開示された方法および装置において
は、空気軸受に供給される気体の流量変動により加圧流
体の流量変動として隙間を検出して、軸受部を冷却して
いるペルチェ素子に入力する電力を制御するようにして
いるが、このようにした場合には、軸受部の発熱を冷却
をすることによって発熱を抑え、それにより隙間を所望
の大きさとするものであり、隙間そのものに対する熱変
動を媒介としているために隙間変化に対する制御の応答
性が悪く制御が十分精密に行われず、高速回転時におけ
る剛性アップに直接繋がらない。
DISCLOSURE OF THE INVENTION Problems to be Solved by the Invention
In the method and apparatus disclosed in Japanese Patent No. 35919, a gap is detected as a flow rate fluctuation of a pressurized fluid due to a flow rate fluctuation of a gas supplied to an air bearing, and electric power input to a Peltier element cooling a bearing portion. However, in such a case, the heat generated in the bearing is cooled to suppress the heat generation, thereby making the gap have a desired size. Since it serves as a medium, the control response to the gap change is poor and the control is not performed sufficiently accurately, which does not directly lead to an increase in rigidity at high speed rotation.

【0010】また、特開平1−210617号公報に記
載された方法では、隙間そのものは何ら制御しておらず
圧力を制御しているために、この方法で補償できる剛性
低下は低速時における過大な隙間を圧力により制御する
ことになるが高速時においては低速時よりも低い圧力に
なっており、十分な剛性が得られない。
In the method disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 1-210617, the gap itself is not controlled, but the pressure is controlled. Therefore, the rigidity decrease compensable by this method is excessive at low speeds. Although the clearance is controlled by pressure, the pressure is lower at high speed than at low speed, and sufficient rigidity cannot be obtained.

【0011】[0011]

【発明の目的】本発明は上述した従来技術に付随する問
題点を解決して、低速域から高速域までの広い範囲に亘
り回転軸の各部の半径隙間が一様にでき、軸受性能が安
定しており、不安定振動の発生がなく、外乱に対する信
頼性が低下しない高速回転軸を提供することを目的とす
る。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention solves the problems associated with the prior art described above, and makes it possible to make the radial clearances of the various parts of the rotary shaft uniform over a wide range from the low speed range to the high speed range, thus stabilizing the bearing performance. Therefore, it is an object of the present invention to provide a high-speed rotating shaft in which unstable vibration does not occur and reliability with respect to disturbance does not decrease.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】本発明においては、静止
部材、該静止部材に対して回転可能な回転部材、前記静
止部材と回転部材との間に設けられたラジアル空気軸受
体からなる高速回転空気軸受装置において、前記ラジア
ル空気軸受体を駆動手段を介して半径方向に動かし、前
記回転部材の回転数に応じて前記ラジアル空気軸受体と
前記回転部材との間の隙間を変更するようにした制御手
段を含むことを特徴とする可変型空気軸受装置により、
上記目的を達成する。
SUMMARY OF THE INVENTION In the present invention, a high speed rotation comprising a stationary member, a rotating member rotatable with respect to the stationary member, and a radial air bearing body provided between the stationary member and the rotating member. In the air bearing device, the radial air bearing body is moved in the radial direction via a driving means, and the gap between the radial air bearing body and the rotating member is changed according to the rotation speed of the rotating member. By the variable air bearing device characterized by including a control means,
To achieve the above objectives.

【0013】[0013]

【作用】低速から高速までの機械加工に適した空気軸受
スピンドルを提供するためには、低速での剛性をある程
度確保し、かつ高速回転が可能な空気軸受が実現可能と
することが必要である。
In order to provide an air bearing spindle suitable for machining from low speed to high speed, it is necessary to secure rigidity at low speed to some extent and to realize an air bearing capable of high speed rotation. .

【0014】そのためには、隙間を自在に変更可能な軸
受径可変装置を備えた空気軸受スピンドルによって、低
速時には隙間を狭くして剛性を高め、比較的重切削を可
能にするとともに、高速域では隙間を広くして、接触や
焼き付きを防止する隙間の制御が必要になる。
For this purpose, an air bearing spindle equipped with a bearing diameter changing device capable of freely changing the clearance narrows the clearance at a low speed to increase rigidity and enables relatively heavy cutting, and at a high speed range. It is necessary to widen the gap and control the gap to prevent contact and seizure.

【0015】この時、回転軸および軸受は回転とともに
次のような変形過程を辿る。すなわち、回転によって軸
は遠心力により半径方向に膨張を始めるとともに、回転
による軸受隙間の空気膜発熱によって軸および軸受の温
度上昇が起こり、これによって熱膨張を起こし、結果と
して隙間が減少すると考えられる。
At this time, the rotating shaft and the bearing follow the following deformation process with the rotation. In other words, it is considered that the shaft begins to expand in the radial direction due to the centrifugal force due to the rotation, and the temperature of the shaft and the bearing rises due to the air film heat generation in the bearing gap due to the rotation, which causes thermal expansion, resulting in a decrease in the gap. .

【0016】従って、軸受と軸の隙間を適切に制御する
ためには、遠心力膨張とそれぞれの熱膨張を知る必要が
あるが、回転中にこれらの量を直接計測することは困難
が多い。
Therefore, in order to properly control the clearance between the bearing and the shaft, it is necessary to know the centrifugal expansion and the respective thermal expansions, but it is often difficult to directly measure these amounts during rotation.

【0017】そこで、本発明においては、遠心力膨張に
ついては、回転数に比例することを利用し、回転数の測
定値から熱膨張については、それぞれの軸受温度、軸温
度の測定値から予め作った変換式によって膨張量を計算
し、それによって実隙間を算出し、これを基に軸受隙間
が別に定めた目標量になるよう軸受径可変装置を制御す
る。
Therefore, in the present invention, the centrifugal force expansion is utilized in proportion to the rotational speed, and the thermal expansion from the measured rotational speed is made in advance from the measured values of the respective bearing temperature and shaft temperature. The expansion amount is calculated by the above conversion formula, the actual clearance is calculated from the expansion amount, and the variable bearing diameter device is controlled so that the bearing clearance becomes the target value determined separately.

【0018】つまり、回転数を測定するセンサーと温度
を測定するセンサーと、その熱膨張量への変換式を内蔵
した変換部と、目標隙間を記憶する記憶部と、目標との
差を軸受径変換装置の制御量に換算する指令部と、それ
によって可変装置を駆動する駆動装置とを持った空気軸
受の制御装置が提供される。
That is, a sensor for measuring the number of revolutions, a sensor for measuring the temperature, a conversion unit incorporating a conversion formula for the thermal expansion amount, a storage unit for storing the target clearance, and a difference between the target and the bearing diameter There is provided an air bearing control device having a command unit for converting into a control amount of a conversion device and a drive device for driving a variable device thereby.

【0019】なお、軸温度の測定には接触固定式の温度
センサーが使えないため、非接触式の温度センサーを使
用するか、または軸温度はほぼ軸受温度に等しいという
過去の実験例から軸受温度で代表する方法がある。
Since a contact-fixed temperature sensor cannot be used to measure the shaft temperature, either a non-contact temperature sensor is used, or the shaft temperature is almost equal to the bearing temperature. There is a representative method.

【0020】[0020]

【実施例】以下、本発明の実施例を示す添付図面に従い
詳細に説明する。図1は空気軸受支持された本発明に係
る研削加工用の可変型空気軸受装置の断面図であり、本
発明の静止部材であるケース本体1は実質的に筒形状を
しており、ケース本体1の左側壁面の中心部に開口1b
が穿たれ、開口1bに本発明の回転部材として軸2が貫
通している。軸2の左端には砥石が止着されている。
Embodiments of the present invention will now be described in detail with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view of a variable type air bearing device for grinding according to the present invention, which is supported by an air bearing, and a case body 1 which is a stationary member of the present invention has a substantially cylindrical shape. Opening 1b in the center of the left wall of 1
The shaft 2 penetrates through the opening 1b as the rotating member of the present invention. A grindstone is fixed to the left end of the shaft 2.

【0021】ケース本体1の軸方向の前後部分に円錐状
の凹部1cが形成され、この円錐状凹部1cに対応して
外周が円錐台状のラジアル空気軸受体4が、それぞれ凹
部1cに嵌着されている。ラジアル空気軸受体4には軸
2に対応して円孔4cが形成され、この円孔4cに所定
の隙間をもって軸2が貫挿されている。
Conical recesses 1c are formed in the front and rear portions of the case body 1 in the axial direction, and radial air bearing bodies 4 having a truncated conical outer periphery are fitted in the recesses 1c in correspondence with the conical recesses 1c. Has been done. A circular hole 4c is formed in the radial air bearing body 4 corresponding to the shaft 2, and the shaft 2 is inserted into the circular hole 4c with a predetermined gap.

【0022】ケース本体1内に形成された圧縮空気供給
通路1aから、ラジアル空気軸受体4内に放射方向に形
成された噴出口4aを通じて、軸受用空気が噴出される
ようになっている。
Bearing air is jetted from a compressed air supply passage 1a formed in the case body 1 through a jet port 4a radially formed in the radial air bearing body 4.

【0023】上記構成によりケース本体1と軸2との間
に静圧のラジアル空気軸受が形成され、軸2はケース本
体1内において回転自在となっている。なお、図2は放
射状に形成された噴出口4aを示すA−A断面図であ
る。
With the above structure, a static pressure radial air bearing is formed between the case body 1 and the shaft 2, and the shaft 2 is rotatable in the case body 1. Note that FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA showing the ejection ports 4a formed radially.

【0024】ラジアル空気軸受体は図2に示すような構
造となっている。すなわち、その周方向に適宜の数のス
プリング部(図2においてはT型の溝を形成した部分が
2箇所、また屈曲部材により連結した場所が2箇所)が
あり、これによりラジアル空気軸受体4は周方向に収縮
可能であり、従ってラジアル空気軸受体の外周および円
孔部の内径はそれに応じて縮小、拡大が可能である。な
お、スプリング部の形状、数は適宜変更してもよい。
The radial air bearing body has a structure as shown in FIG. That is, there are a proper number of spring portions in the circumferential direction (in FIG. 2, there are two portions where T-shaped grooves are formed, and two portions where they are connected by a bending member), which allows the radial air bearing body 4 to be formed. Can be contracted in the circumferential direction, so that the outer circumference of the radial air bearing body and the inner diameter of the circular hole can be reduced or expanded accordingly. The shape and number of the spring portion may be changed as appropriate.

【0025】円錐台状のラジアル空気軸受体4の細径部
側は円柱形状となっており、この円柱部に雄ねじ4bが
刻設されている。上述した雄ねじ4bが刻設されている
円柱部には、ウォームホィール11に形成された雌ねじ
11aが螺合している。
The small diameter portion side of the truncated cone-shaped radial air bearing body 4 has a columnar shape, and a male screw 4b is engraved on this columnar portion. A female screw 11a formed on the worm wheel 11 is screwed into the columnar portion on which the male screw 4b is engraved.

【0026】ウォームホィール11の外周部はウォーム
8と螺合しており、ウォーム8は電動モータ(図示せ
ず)の出力軸に直接にまたは歯車等の適宜な連結部材を
介して連結されている。なお、本実施例においては電動
モータとしてステッピングモータを用いている。従っ
て、電動モータを回転させることにより、その回転方向
に従ってウォーム8は左右何れかに回転し、それに従い
ウォームホィール11が図1の図面に直交する面内で軸
2の回りに回転される。それに従いウォームホィール1
1に設けた雌ねじ11aとラジアル空気軸受体4の円筒
部に形成した雄ねじ4bとが螺合し、ラジアル空気軸受
体4を左右に移動させる。
The outer peripheral portion of the worm wheel 11 is screwed into the worm 8, and the worm 8 is connected to the output shaft of an electric motor (not shown) directly or via an appropriate connecting member such as a gear. . In this embodiment, a stepping motor is used as the electric motor. Therefore, when the electric motor is rotated, the worm 8 is rotated to the left or right according to the rotation direction thereof, and accordingly, the worm wheel 11 is rotated about the shaft 2 in a plane orthogonal to the drawing of FIG. Warm Wheel 1 accordingly
The internal thread 11a provided in 1 and the external thread 4b formed in the cylindrical portion of the radial air bearing body 4 are screwed together to move the radial air bearing body 4 to the left and right.

【0027】ラジアル空気軸受体4のテーパ状をした外
周面はケース本体1の凹部1cと係合しており、ラジア
ル空気軸受体4を左右(軸2の長手方向)に移動させる
ことにより、移動方向に従いラジアル空気軸受体4は半
径方向に縮められまたは広げられる。
The tapered outer peripheral surface of the radial air bearing body 4 is engaged with the recess 1c of the case body 1, and is moved by moving the radial air bearing body 4 left and right (longitudinal direction of the shaft 2). Depending on the direction, the radial air bearing body 4 is radially contracted or expanded.

【0028】軸2の左側のラジアル空気軸受体4の左側
には、鍔状突起2aが形成され、鍔状突起2aの両側面
に対向して一対のスラスト軸受体14a、14bがケー
ス本体1に設けられ、スラスト軸受用空気がケース本体
1からスラスト軸受体14a、14bを経て鍔状突起2
aに噴射され、軸2のスラスト荷重を受けるようになっ
ている。
A flange-shaped projection 2a is formed on the left side of the radial air bearing body 4 on the left side of the shaft 2, and a pair of thrust bearing bodies 14a and 14b are provided on the case body 1 so as to face both side surfaces of the flange-shaped projection 2a. The thrust bearing air is provided from the case body 1 through the thrust bearing bodies 14a and 14b, and the collar-shaped projection 2 is provided.
It is injected into a and receives the thrust load of the shaft 2.

【0029】鍔状突起2aの円周面には、例えばその一
部を残して黒色のテープ2cを貼り一部分のみが反射す
るようにしている。また鍔状突起2aの外周面に対向し
て反射式回転センサ10を設けており、軸の回転による
反射部分の通過を反射式回転センサ10により検出する
ことにより軸2、軸受の回転数を測定するようになって
いる。
On the circumferential surface of the flange-shaped projection 2a, for example, a black tape 2c is attached while leaving a part thereof so that only a part thereof is reflected. Further, a reflection type rotation sensor 10 is provided so as to face the outer peripheral surface of the flange-shaped protrusion 2a, and the rotation number of the shaft 2 and the bearing is measured by detecting the passage of the reflection portion due to the rotation of the shaft by the reflection type rotation sensor 10. It is supposed to do.

【0030】なお、上記実施例においては鍔状突起2a
の外周面の一部分の反射部分を残し黒テープ2cを貼っ
ていたが、軸2の適宜な箇所に歯車などを取着し、その
歯車の歯を検出して回転数を検出してもよいし、また後
述するステータ部材7に供給される入力電流の周波数を
測定し、それにより回転軸2の回転数を検出するように
してもよい。
In the above embodiment, the collar-shaped protrusion 2a is used.
Although the black tape 2c was pasted leaving a part of the outer peripheral surface of the reflective portion, a gear or the like may be attached to an appropriate portion of the shaft 2 and the number of revolutions may be detected by detecting the teeth of the gear. Alternatively, the frequency of the input current supplied to the stator member 7, which will be described later, may be measured to detect the rotation speed of the rotary shaft 2.

【0031】図1に示す実施例においては、ラジアル空
気軸受体4に接触式熱電対センサ12を接着剤、ハンダ
などで取付けており、軸受温度を測定するようにしてい
る。なお、軸受温度の検出用センサは、上述した接触式
熱電対センサに限らず従来公知のセンサを用いることが
できる。
In the embodiment shown in FIG. 1, the contact type thermocouple sensor 12 is attached to the radial air bearing body 4 with an adhesive agent, solder or the like to measure the bearing temperature. The sensor for detecting the bearing temperature is not limited to the above-mentioned contact type thermocouple sensor, and a conventionally known sensor can be used.

【0032】また、軸2の周面に近接して非接触式放射
温度センサ13を取付けており、これにより軸2そのも
のの温度を検出するようにしている。
Further, a non-contact type radiation temperature sensor 13 is attached in the vicinity of the peripheral surface of the shaft 2 so that the temperature of the shaft 2 itself can be detected.

【0033】図1に示すように軸2はその中央部は符号
2bで示すように削り込まれ、この削られ部分2bにロ
ータ部材5となるマグネットが取着されている。
As shown in FIG. 1, the central portion of the shaft 2 is carved as indicated by reference numeral 2b, and a magnet serving as a rotor member 5 is attached to the carved portion 2b.

【0034】また、図1に示すように、静止部材である
ケース本体1の中央部にモータのステータ部材7となる
コイルが取着されており、前述したロータ部材5とステ
ータ部材7とを対応するように位置させている。ステー
タ部材7にはコードから励磁電流が供給される。
As shown in FIG. 1, a coil serving as the stator member 7 of the motor is attached to the center of the case body 1 which is a stationary member, and the rotor member 5 and the stator member 7 correspond to each other. It is located so that An exciting current is supplied to the stator member 7 from a cord.

【0035】以上説明した図1に示す実施例における制
御構成図を図3により説明すると、鍔状突起2aに対向
して設けられた回転センサ10はアンプ、A/D変換器
を経てCPUに電気的に接続されている。また2つのラ
ジアル空気軸受体4に設けられた温度センサ12もそれ
ぞれアンプ、A/D変換器を経てCPUに接続されてい
る。また軸温度を検出する温度センサ13はアンプ、A
/D変換器を経てCPUに接続されている。これらの温
度センサ12、13、回転センサ10等の信号に基きC
PUは制御装置を経てステータ部材7の電流を制御し軸
2の回転数を制御可能とするようになっている。またウ
ォーム8に接続されたパルスモータの駆動手段を制御装
置を通して制御するようになっている。
A control configuration diagram in the embodiment shown in FIG. 1 described above will be described with reference to FIG. 3. The rotation sensor 10 provided facing the flange-shaped projection 2a is electrically connected to the CPU via an amplifier and an A / D converter. Connected to each other. Further, the temperature sensors 12 provided on the two radial air bearing bodies 4 are also connected to the CPU via an amplifier and an A / D converter, respectively. The temperature sensor 13 for detecting the shaft temperature is an amplifier, A
It is connected to the CPU via the / D converter. C based on signals from these temperature sensors 12, 13 and rotation sensor 10
The PU controls the electric current of the stator member 7 through the control device so that the rotational speed of the shaft 2 can be controlled. Further, the driving means of the pulse motor connected to the worm 8 is controlled through the control device.

【0036】次に制御の仕方を図4に従い説明する。遠
心力膨張については、回転数に比例することを利用し、
軸2の回転数を検出し、その回転数Nに基き遠心力によ
る膨張量を算出する。K0 を比例定数として、膨張量U
=K0 ・N2 として計算される。
Next, the control method will be described with reference to FIG. For centrifugal expansion, use the fact that it is proportional to the number of revolutions,
The rotation speed of the shaft 2 is detected, and the expansion amount due to the centrifugal force is calculated based on the rotation speed N. Expansion amount U with K 0 as a proportional constant
= K 0 · N 2 .

【0037】軸受の初期隙間を、本発明装置の停止時ま
たは組立時に測定し、それをYとして入力する。また、
軸受温度センサ12によりラジアル空気軸受体の温度T
1 を測定し、一方、初期温度T01を入力しておく。測定
値から温度差△T1 =T1 −T01を演算し、その温度差
に基き軸受の熱膨張量V=K1 ・△T1 として計算する
(K1 は比例定数)。
The initial clearance of the bearing is measured when the apparatus of the present invention is stopped or assembled, and is input as Y. Also,
The temperature T of the radial air bearing body is measured by the bearing temperature sensor 12.
Measure 1 while inputting the initial temperature T 01 . The temperature difference ΔT 1 = T 1 −T 01 is calculated from the measured values, and the thermal expansion amount V = K 1 · ΔT 1 of the bearing is calculated based on the temperature difference (K 1 is a proportional constant).

【0038】同様に軸2の温度T2 を軸受温度センサ1
3で測定し、初期温度T02から温度差△T2 を△T2
2 −T02として計算し、軸の熱膨張量W=K2 ・△T2
として計算する(K2 は比例定数)。
Similarly, the temperature T 2 of the shaft 2 is measured by the bearing temperature sensor 1
3 and measure the temperature difference ΔT 2 from the initial temperature T 02 by ΔT 2 =
Calculated as T 2 −T 02 , the amount of thermal expansion of the shaft W = K 2 · ΔT 2
(K 2 is a proportional constant).

【0039】これらの値に基き現在の軸2と軸受4との
間の隙間X=(Y+V)−(U+W)として計算され
る。
Based on these values, the clearance X between the current shaft 2 and the bearing 4 is calculated as X = (Y + V)-(U + W).

【0040】一方、所望回転数に対する目標隙間Zを空
気軸受の剛性、接触のし易さなどを考慮し、また実験値
などを加味してそれぞれの回転数に対してCPUに予め
入力をしておく。
On the other hand, the target clearance Z with respect to the desired rotational speed is preliminarily input to the CPU for each rotational speed in consideration of the rigidity of the air bearing, the ease of contact, and the experimental value. deep.

【0041】このZと上述の演算して求められたXとを
比較し、Z=Xとなるように常時最適の隙間とし、この
値となっている時にはそのままの状態で運転を継続す
る。一方、Z=Xとなっていない場合には、その偏差の
大きさに応じて電動モータ(パルスモータ)を作動し、
ウォーム8、ウォームホィール11を作動してラジアル
空気軸受体4を左右に移動し、これによりラジアル空気
軸受体4と本体1とのテーパ面によりラジアル空気軸受
体4を縮小または拡大してラジアル空気軸受体4と軸
(回転部材)2との間の隙間を所定の値とする。
This Z is compared with X obtained by the above calculation, and the optimum gap is always set so that Z = X. When this value is obtained, the operation is continued as it is. On the other hand, when Z = X is not established, the electric motor (pulse motor) is operated according to the magnitude of the deviation,
The worm 8 and the worm wheel 11 are actuated to move the radial air bearing body 4 to the left and right, whereby the radial air bearing body 4 is contracted or expanded by the tapered surface of the radial air bearing body 4 and the main body 1. A gap between the body 4 and the shaft (rotating member) 2 is set to a predetermined value.

【0042】上記実施例においては、軸の回転数、軸受
の温度、軸の温度を測定し、隙間を所定位置に制御して
いたが、軸受と軸が非常に近接して配置されており、軸
受または軸の一方の温度を測定することにより他方がそ
れに非常に近い温度であるとして近似可能である場合に
は、例えば図5に示すように軸受の温度を検出し、軸の
温度をその検出した軸受温度に基き検出することにより
軸受温度T1 に基き初期温度との温度差△T1 を用い軸
の熱膨張量Wを想定して隙間を計算することもできる。
このようにすることにより非接触で軸の温度を測定する
ことが省略でき装置が安価となる。
In the above embodiment, the rotational speed of the shaft, the temperature of the bearing and the temperature of the shaft were measured and the gap was controlled at a predetermined position. However, the bearing and the shaft are arranged very close to each other, If it is possible to approximate the temperature of one of the bearing and the shaft by measuring the temperature of the other, the temperature of the bearing can be detected as shown in FIG. 5, and the temperature of the shaft can be detected. By performing the detection based on the bearing temperature, it is possible to calculate the clearance by assuming the thermal expansion amount W of the shaft by using the temperature difference ΔT 1 based on the bearing temperature T 1 and the initial temperature.
By doing so, non-contact measurement of the shaft temperature can be omitted, and the device becomes inexpensive.

【0043】また、上記実施例においてはラジアル空気
軸受体4をウォーム8、ウォームホィール11により軸
方向に移動させてラジアル空気軸受体4の径を縮小させ
ているが、この際にラジアル空気軸受体4も軸に沿って
左右に移動している。移動量は軸方向に高々5mm程度迄
であり径の変化量も0.2mm程度ではある。しかし、軸
受の支持位置が軸方向に移動することが好ましくない場
合には図6のようにして軸受位置を一定とすることがで
きる。
In the above embodiment, the radial air bearing body 4 is axially moved by the worm 8 and the worm wheel 11 to reduce the diameter of the radial air bearing body 4. At this time, however, the radial air bearing body 4 is reduced. 4 is also moving left and right along the axis. The amount of movement is up to about 5 mm in the axial direction, and the amount of change in diameter is about 0.2 mm. However, when it is not preferable that the support position of the bearing moves in the axial direction, the bearing position can be fixed as shown in FIG.

【0044】すなわち、図6においてはケース本体1内
の内径1dを円錐状ではなく円筒状の孔を形成し、この
円筒状孔部分1dに円錐状の孔14aを有する円筒部材
14を装着し、この円筒部材14の中に円錐状の外周面
を有するラジアル空気軸受体4を装着している。ラジア
ル空気軸受体4とケース本体1との間に装着している円
筒体14を前述した図1の実施例におけるラジアル空気
軸受体4のようにウォーム8およびウォームホィール1
1により左右に軸方向に移動させるようにしている。こ
の移動につれて円筒体は左右に移動し、その移動につれ
ラジアル空気軸受体4は軸方向の移動をすることなく径
のみが縮小するようになっている。なお、符号15はラ
ジアル軸受体4を定位置に保持する圧縮スプリングであ
る。
That is, in FIG. 6, an inner diameter 1d in the case body 1 is formed with a cylindrical hole instead of a conical shape, and a cylindrical member 14 having a conical hole 14a is attached to the cylindrical hole portion 1d. The radial air bearing body 4 having a conical outer peripheral surface is mounted in the cylindrical member 14. The cylindrical body 14 mounted between the radial air bearing body 4 and the case body 1 has a worm 8 and a worm wheel 1 like the radial air bearing body 4 in the embodiment of FIG. 1 described above.
1 is to move to the left and right in the axial direction. With this movement, the cylindrical body moves left and right, and the radial air bearing body 4 is reduced in diameter only without moving in the axial direction. Reference numeral 15 is a compression spring that holds the radial bearing body 4 in a fixed position.

【0045】上述した実施例においては軸の回転数およ
び軸受温度、更にまた必要に応じて軸の温度を検出し隙
間を算出してその隙間を所定位置としている。しかしな
がら、本発明に係る高速回転軸受を使用する装置が遠心
力膨張や熱膨脹による軸受隙間の挙動が、軸の回転数に
対して繰返し再現性があり、その隙間が予め分かってい
るような場合には、上述したような温度センサは用いず
に軸の回転数のみを検出して、その回転数に用いて軸受
隙間を制御することも可能である。すなわち、この場合
に前述した実施例におけるように回転数を直接検出して
もよいし、またはステータ部材7に供給される電流の周
波数を検出して回転数を算出してもよい。このような場
合に図8に示すように回転数に対して軸受の所定の隙間
値となるようにウォームに連動した軸受駆動パルスは予
め図8に示す曲線に従い選定しておき、その回転数に基
き所定の隙間とする。なお、使用する軸受装置の固体差
がある場合は各装置毎に固有の制御カーブを予め設定し
ておくことが好ましい。
In the above-described embodiment, the rotational speed of the shaft, the bearing temperature, and the shaft temperature, if necessary, are detected to calculate the clearance, and the clearance is set as the predetermined position. However, in the case where the device using the high-speed rotary bearing according to the present invention has a behavior of the bearing clearance due to centrifugal force expansion or thermal expansion that is reproducible with respect to the rotational speed of the shaft and the clearance is known in advance. It is also possible to detect only the rotation speed of the shaft without using the temperature sensor as described above and control the bearing clearance by using the rotation speed. That is, in this case, the rotation speed may be directly detected as in the above-described embodiment, or the rotation speed may be calculated by detecting the frequency of the current supplied to the stator member 7. In such a case, as shown in FIG. 8, the bearing drive pulse interlocked with the worm is selected in advance according to the curve shown in FIG. Based on the specified gap. When there is a difference in the bearing devices used, it is preferable to preset a unique control curve for each device.

【0046】[0046]

【発明の効果】本発明では隙間を自在に変更できる軸受
径可変機構を備えた空気軸受で支持する構造とし、低速
時には隙間を狭くして剛性を高め、比較的重切削を可能
にし、高速域では隙間を広くして接触や焼き付きを防止
することによって、低速から高速までの使用に適したス
ピンドルを実現できる。
According to the present invention, the structure is supported by the air bearing having the variable bearing diameter mechanism capable of freely changing the clearance. At a low speed, the clearance is narrowed to increase the rigidity and relatively heavy cutting is enabled, and the high speed range is achieved. By widening the gap to prevent contact and seizure, it is possible to realize a spindle suitable for use from low speed to high speed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の一実施例の断面図である。FIG. 1 is a sectional view of an embodiment of the present invention.

【図2】図1のA−A断面図である。FIG. 2 is a sectional view taken along line AA of FIG.

【図3】図1に示す実施例の制御回路図である。FIG. 3 is a control circuit diagram of the embodiment shown in FIG.

【図4】図1に示す実施例の制御フロー図である。FIG. 4 is a control flow chart of the embodiment shown in FIG.

【図5】他の実施例の図4に対応する図である。FIG. 5 is a view corresponding to FIG. 4 of another embodiment.

【図6】他の実施例の要部拡大図である。FIG. 6 is an enlarged view of a main part of another embodiment.

【図7】更に他の実施例の制御回路図である。FIG. 7 is a control circuit diagram of yet another embodiment.

【図8】図7に示す実施例の制御線図である。FIG. 8 is a control diagram of the embodiment shown in FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ケース本体 2 軸 4 ラジアル軸受体 5 ロータ部材 6 内側円筒 7 ステータ部材 8 ウォーム 11 ウォームホィール 1 Case Main Body 2 Shaft 4 Radial Bearing Body 5 Rotor Member 6 Inner Cylinder 7 Stator Member 8 Worm 11 Worm Wheel

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 静止部材、該静止部材に対して回転可能
な回転部材、前記静止部材と回転部材との間に設けられ
たラジアル空気軸受体からなる高速回転空気軸受装置に
おいて、前記ラジアル空気軸受体を駆動手段を介して半
径方向に動かし、前記回転部材の回転数に応じて前記ラ
ジアル空気軸受体と前記回転部材との間の隙間を変更す
るようにした制御手段を含むことを特徴とする可変型空
気軸受装置。
1. A high-speed rotary air bearing device comprising a stationary member, a rotating member rotatable with respect to the stationary member, and a radial air bearing body provided between the stationary member and the rotating member, wherein the radial air bearing is provided. A control unit configured to move the body in a radial direction via a driving unit and change a clearance between the radial air bearing body and the rotating member according to a rotation speed of the rotating member. Variable air bearing device.
【請求項2】前記制御手段が前記ラジアル空気軸受体の
温度を検出する部材を含み、該検出温度に基き前記隙間
が所定位置となるよう駆動手段を作動させることを特徴
とする請求項1に記載の可変型空気軸受装置。
2. The control means includes a member for detecting the temperature of the radial air bearing body, and the drive means is operated so that the gap is at a predetermined position based on the detected temperature. The variable air bearing device described.
【請求項3】前記制御手段が前記回転部材の温度を検出
する部材を含み、該検出温度に基き前記隙間が所定位置
となるよう駆動手段を作動させることを特徴とする請求
項2に記載の可変型空気軸受装置。
3. The control means includes a member for detecting the temperature of the rotating member, and the drive means is operated so that the gap is located at a predetermined position based on the detected temperature. Variable air bearing device.
【請求項4】前記制御手段が前記回転部材の回転数を検
出して、該回転数に従い前記駆動手段をプログラム制御
することを特徴とする請求項1に記載の可変型空気軸受
装置。
4. The variable air bearing apparatus according to claim 1, wherein said control means detects the number of revolutions of said rotary member and program-controls said drive means according to said number of revolutions.
【請求項5】前記ラジアル空気軸受体は周方向に伸縮す
るばね部を有するとともに外周部がテーパ形状をしてい
ることを特徴とする請求項1〜4の何れか1項に記載の
可変型空気軸受装置。
5. The variable type according to claim 1, wherein the radial air bearing body has a spring portion that expands and contracts in a circumferential direction and the outer peripheral portion has a tapered shape. Air bearing device.
【請求項6】前記駆動手段が電動モータ、該電動モータ
の出力軸に連結されたウォームおよび該ウォームと噛合
するウォームホイルからなることを特徴とする請求項1
〜5の何れか1項に記載の可変型空気軸受装置。
6. The driving means comprises an electric motor, a worm connected to an output shaft of the electric motor, and a worm wheel meshing with the worm.
The variable air bearing device according to any one of items 1 to 5.
JP24694794A 1994-09-15 1994-09-15 Variable air bearing device Pending JPH0885005A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP24694794A JPH0885005A (en) 1994-09-15 1994-09-15 Variable air bearing device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP24694794A JPH0885005A (en) 1994-09-15 1994-09-15 Variable air bearing device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH0885005A true JPH0885005A (en) 1996-04-02

Family

ID=17156112

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP24694794A Pending JPH0885005A (en) 1994-09-15 1994-09-15 Variable air bearing device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH0885005A (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6761517B2 (en) * 2001-04-25 2004-07-13 Tornos Sa Motorized spindle
JP2007263327A (en) * 2006-03-29 2007-10-11 Hitachi Via Mechanics Ltd Air bearing mechanism
CN114791016A (en) * 2022-03-02 2022-07-26 湖南华园莱客科技有限公司 Air bearing that multiple ring cup jointed

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6761517B2 (en) * 2001-04-25 2004-07-13 Tornos Sa Motorized spindle
JP2007263327A (en) * 2006-03-29 2007-10-11 Hitachi Via Mechanics Ltd Air bearing mechanism
CN114791016A (en) * 2022-03-02 2022-07-26 湖南华园莱客科技有限公司 Air bearing that multiple ring cup jointed
CN114791016B (en) * 2022-03-02 2024-03-19 湖南华园莱客科技有限公司 Air bearing that polycyclic cup jointed

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6913390B2 (en) Rotating shaft apparatus
JP2009115131A (en) Dynamic bearing and spindle device using radial dynamic bearing
WO2018179280A1 (en) Main shaft device
JPH0554565B2 (en)
US4566226A (en) System for correcting the position of a spindle for a processing machine
US6494620B1 (en) Fluid bearing and rotary drive apparatus using the same
JPH0885005A (en) Variable air bearing device
JP3113750B2 (en) Hydrostatic gas bearing
US10920784B2 (en) Magnetic bearing centrifugal compressor and controlling method thereof
JPH0239644B2 (en) KUKIJIKUKE SOCHI
JP3845757B2 (en) Spindle device of machine tool and operation method thereof
JP2000237902A (en) Main shaft device
JP2000263377A (en) Metal mold machining device
JPH0822481B2 (en) Preload switching type spindle unit
JPH05138408A (en) High speed main shaft device
JPH10286701A (en) Main shaft device for machine tool
JP4679493B2 (en) Machine tool spindle equipment
JP2001054803A (en) Preload control type spindle unit
JPH0825106A (en) Pre-load adjusting device for bearing
JP2001218425A (en) Electric motor having rotor cooling function
JP2002005164A (en) Spindle device
JP2602939Y2 (en) Bearing device
JP2000263375A (en) Spindle device
JP3379009B2 (en) Screw shaft fixing device
JPH11138304A (en) Spindle device for machine tool